(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に平行な幅方向に関して前記第１の方向と直交する第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなる第１の領域と、前記幅方向に関して前記高さ寸法が漸次小さくなる第２の領域とを有する第１の電極と、
前記第１の領域と前記第２の方向に対向し、前記第１の方向に関して前記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次小さくなるように形成された第２の電極と、
前記第２の領域と前記第２の方向に対向し、前記第２の電極と前記第１の方向に対向し、前記第１の方向に関して前記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなるように形成された第３の電極と、
前記第１の電極、前記第２の電極および前記第３の電極で構成される電極群を複数支持し、複数の前記電極群を前記第２の方向に沿って配列させる支持体と、
前記第１の電極、前記第２の電極および前記第３の電極をそれぞれ発振させるための信号電圧を生成する信号発生回路を含む駆動部と、
複数の前記電極群ごとにそれぞれ独立して形成され、前記第１の電極、前記第２の電極および前記第３の電極を前記駆動部へ接続する複数の信号線と、
各々の前記電極群の静電容量の変化に基づいて、前記第１の方向および前記第２の方向に関しての検出対象の位置に関する情報を含む制御信号を生成する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
複数の前記電極群各々において検出された、前記第１の電極の静電容量の変化と前記第２または第３の電極の静電容量の変化との差分に基づいて、前記第１の方向に関しての検出対象の位置を特定し、
複数の前記電極群各々において検出された、前記第１〜第３の電極各々の静電容量の変化の総和に基づいて、前記第２の方向に関しての検出対象の位置を特定する
情報入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報入力装置であって、
前記第１の領域は、前記第２の電極と対向する第１の斜辺を有し、
前記第２の領域は、前記第３の電極と対向する第２の斜辺を有する
情報入力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の情報入力装置であって、
前記第１の電極は、前記幅方向の中央部に前記高さ寸法の最大値を有する
情報入力装置。
【請求項４】
請求項２に記載の情報入力装置であって、
前記第１の電極は、前記幅方向の中央部に前記高さ寸法の最小値を有する
情報入力装置。
【請求項５】
請求項１に記載の情報入力装置であって、
前記第２の電極は、前記第１の領域を挟むように前記第２の方向に関して分割され、
前記第３の電極は、前記第２の領域を挟むように前記第２の方向に関して分割される
情報入力装置。
【請求項６】
請求項１に記載の情報入力装置であって、
前記第１の電極は、前記第１の方向に沿った検出対象の検出エリアをカバーする幅寸法を有し、
前記第２の電極および前記第３の電極は、前記第１の方向に関して、相互に対向する第１の端部と、前記検出エリアの外側に臨む第２の端部とをそれぞれ有する
情報入力装置。
【請求項７】
請求項１に記載の情報入力装置であって、
前記第１の電極の高さ寸法と前記第２および第３の電極の高さ寸法との総和は、前記第１の方向に関して一定である
情報入力装置。
【請求項８】
請求項１に記載の情報入力装置であって、
前記支持体に対向して配置され、画像の表示面を有する表示素子をさらに具備し、
前記制御信号は、前記表示面に表示される画像を制御するための信号を含む
情報入力装置。
【請求項９】
請求項８に記載の情報入力装置であって、
前記電極群および前記支持体は、透光性を有する材料で形成される
情報入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化により手指の接触または近接位置を検出することが可能な静電容量センサおよび情報入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、静電容量の変化に基づいて手指の位置を検出し、画面の表示や機器の動作を制御する電子機器が広く普及している。この種の静電容量センサとしては、平面内に配置された複数の電極各々の静電容量変化を検出し、平面内における手指の接触あるいは近接位置を判定する方式が一般的である。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、長方形を対角線に沿って分割したような２つの三角形状のタッチ電極からなり、各タッチ電極の斜辺どうしが僅かな間隔をあけて対向するように一軸方向に配列された電極構造を有するタッチスイッチ装置が記載されている。このような電極構造によれば、上記一軸方向に沿った指の位置に応じて各タッチ電極に重なる指の面積が変化するため、これらタッチ電極の静電容量の変化率に基づいて指の接触位置を特定することが可能であるとしている。また、下記特許文献２には、二軸方向に沿って４×４のマトリクス状に一定間隔で配置された複数の矩形状のタッチ電極を有する座標入力装置が記載されており、各タッチ電極の静電容量の変化率に基づいて上記二軸方向における指の接触位置を特定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１１９６３０号公報（第３頁、第５図）
【特許文献２】特開昭５９−１２１４８４号公報（第３頁、第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の電極構造では、上記一軸方向に沿った電極幅が大きくなると、各タッチ電極の斜辺の角度が緩やかになるため、指の接触位置の検出分解能が低くなるという問題がある。また、上記特許文献２に記載の電極構造では、各々のタッチ電極に接続される信号線は、電極間の隙間を介して引き回されることになる。信号線自体もタッチ電極と同様に指と容量結合するため、信号線の容量結合による検出精度の低下を抑えるためには信号線を細く形成する必要がある。しかしながら、信号線を細くすると信号線の電気抵抗が増大するため、タッチ電極自体の容量変化感度が低下するという問題が生じる。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、二軸方向の位置検出精度を高め、検出エリア内での配線の存在に起因する感度の低下を防止することができる静電容量センサおよび情報入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る静電容量センサは、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極と、支持体とを具備する。
上記第１の電極は、第１の方向に平行な幅方向に関して上記第１の方向と直交する第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなる第１の領域と、上記幅方向に関して上記高さ寸法が漸次小さくなる第２の領域とを有する。
上記第２の電極は、上記第１の領域と上記第２の方向に対向し、上記第１の方向に関して上記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次小さくなるように形成される。
上記第３の電極は、上記第２の領域と上記第２の方向に対向し、上記第２の電極と上記第１の方向に対向し、上記第１の方向に関して上記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなるように形成される。
上記支持体は、上記第１の電極、上記第２の電極および上記第３の電極を含む電極群を複数支持し、複数の上記電極群を上記第２の方向に沿って配列させる。
【０００８】
上記第１、第２および第３の電極からなる電極群は、上記第１の方向に関して、第１の電極（第１の領域）と第２の電極との面積比、および、第１の電極（第２の領域）と第３の電極との面積比が漸次変化する。そこで、各電極の容量変化率（あるいは容量変化量）を検出することで、電極群上における検出対象の位置が特定される。
【０００９】
そこで上記静電容量センサにおいては、電極群が上記第１の方向に３分割されているため、第１の方向に沿った検出対象の位置変化に基づく各電極の容量変化率を大きくすることができる。これにより、上記第１の方向に沿った検出対象の位置検出精度を高めることができる。また、上記電極群が支持体の上に上記第２の方向に沿って配列されているため、第２の方向に沿った検出対象の位置変化もこれら電極群の容量変化率に基づいて高精度に検出することができる。さらに、各列の電極群を構成する電極各々を上記第１の方向に関する検出エリアの外側に臨ませることで、これら電極に接続される配線が検出エリアの内部で引き回す必要をなくすことができる。これにより、検出エリア内での配線の存在に起因する検出感度の低下を防止することができる。
【００１０】
上記第１の領域は、上記第２の電極と対向する第１の斜辺を有してもよい。上記第２の領域は、上記第３の電極と対向する第２の斜辺を有してもよい。
これにより、第１の領域と第２の電極との境界、および、第２の領域と第３の電極との境界を直線的に形成することができるため、上記第１の方向に関する検出対象の位置と電極間における容量比との間に所定の比例関係をもたせて、安定した検出感度を確保することができる。
【００１１】
上記第１の電極は、上記幅方向の中央部に上記高さ寸法の最大値を有していてもよいし、これとは反対に、上記幅方向の中央部に上記高さ寸法の最小値を有していてもよい。
上記のように、上記中央部に関して第１の電極の形状に対称性をもたせることができ、第１の領域側と第２の領域側との間における検出感度のバラツキの発生を防止することができる。
【００１２】
上記第２の電極は、上記第１の領域を挟むように上記第２の方向に関して分割されてもよく、上記第３の電極は、上記第２の領域を挟むように上記第２の方向に関して分割されてもよい。
このような構成によっても、上述と同様の効果を得ることができる。
【００１３】
上記第１の電極は、上記第１の方向に沿った検出対象の検出エリアをカバーする幅寸法を有していてもよい。この場合、上記第２の電極および上記第３の電極は、上記第１の方向に関して、相互に対向する第１の端部と、上記検出エリアの外側に臨む第２の端部とをそれぞれ有してもよい。
これにより、これら電極に対して配線を検出エリアの内部で引き回すことなく接続することができるため、検出エリア内での配線の存在に起因する検出感度の低下を防止することができる。
【００１４】
上記第１の電極の高さ寸法と上記第２および第３の電極の高さ寸法との総和は、上記第１の方向に関して一定であってもよい。
これにより、電極群全体の高さ寸法を一定とすることができるため、上記第１の方向に関する検出対象の位置に応じた検出感度のバラツキの発生を抑えることができる。
【００１５】
本発明の一形態に係る情報入力装置は、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極と、支持体と、信号発生部と、制御部とを具備する。
上記第１の電極は、第１の方向に平行な幅方向に関して上記第１の方向と直交する第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなる第１の領域と、上記幅方向に関して上記高さ寸法が漸次小さくなる第２の領域とを有する。
上記第２の電極は、上記第１の領域と上記第２の方向に対向し、上記第１の方向に関して上記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次小さくなるように形成される。
上記第３の電極は、上記第２の領域と上記第２の方向に対向し、上記第２の電極と上記第１の方向に対向し、上記第１の方向に関して上記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなるように形成される。
上記支持体は、上記第１の電極、上記第２の電極および上記第３の電極を含む電極群を複数支持し、複数の上記電極群を上記第２の方向に沿って配列させる。
上記信号発生部は、上記第１の電極、上記第２の電極および上記第３の電極をそれぞれ発振させるための信号電圧を生成する。
上記制御部は、各々の上記電極群の静電容量の変化に基づいて上記第１の方向および上記第２の方向に関しての検出対象の位置に関する情報を含む制御信号を生成する。
【００１６】
上記情報入力装置においては、電極群が上記第１の方向に３分割されているため、第１の方向に沿った検出対象の位置変化に基づく各電極の容量変化率を大きくすることができる。これにより、上記第１の方向に沿った検出対象の位置検出精度を高めることができる。また、上記電極群が支持体の上に上記第２の方向に沿って配列されているため、第２の方向に沿った検出対象の位置変化もこれら電極群の容量変化率に基づいて高精度に検出することができる。さらに、各列の電極群を構成する電極各々を上記第１の方向に関する検出エリアの外側に臨ませることで、これら電極に接続される配線が検出エリアの内部で引き回す必要をなくすことができる。これにより、検出エリア内での配線の存在に起因する検出感度の低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上述べたように、本発明によれば、二軸方向の位置検出精度を高め、検出エリア内での配線の存在に起因する感度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る情報入力装置を概略的に示す分解斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る静電容量センサの概略平面図である。
【図３】上記静電容量センサの電極群の構成を示す平面図である。
【図４】上記静電容量センサの一作用を説明する図である。
【図５】上記静電容量センサの一作用を説明する図である。
【図６】上記静電容量センサの一作用を説明する図である。
【図７】上記静電容量センサの一作用を説明する図である。
【図８】比較例に係る電極構造を示す平面図である。
【図９】上記実施形態の一実験例を説明する平面図である。
【図１０】上記実験例で使用される計算式である。
【図１１】上記実験例の結果を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る静電容量センサの概略平面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る静電容量センサの概略平面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態の変形例を説明する図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態の変形例を説明する図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態の変形例を説明する図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態の変形例を説明する図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
［情報入力装置］
図１は、本発明の一実施形態に係る静電容量センサを備えた情報入力装置の概略構成を示す分解斜視図である。本実施形態の情報入力装置１００は、静電容量センサ１と、表示素子１７と、駆動部１８と、制御部１９とを有する。情報入力装置１００は、例えば携帯情報端末や据置型情報表示装置等の電子機器を構成する。なお、静電容量センサ１、表示素子１７等を収容する筐体の図示は省略されている。
【００２１】
［静電容量センサ］
図２は、静電容量センサ１の構成を概略的に示す平面図である。静電容量センサ１は、幅Ｗおよび高さＨの検出エリアＳＡを有する。静電容量センサ１は、表示素子１７の操作画面１７ａ上に設置され、検出エリアＳＡにおける検出対象（例えば、ユーザの指）の近接あるいは接触を静電容量の変化に基づいて検出するセンサパネルとして構成される。なお、図１および図２においてＸ軸は操作画面１７ａの横方向に平行な軸、Ｙ軸は操作画面１７ａの縦方向に平行な軸、そしてＺ軸は操作画面１７ａに垂直な軸をそれぞれ示す。
【００２２】
静電容量センサ１は、図２に示すように、複数の電極群１０1、１０2、１０3、１０4、・・・、１０Nと、これら電極群を支持する支持体１４とを有する。各電極群は、支持体１４の表面に、Ｙ軸方向に沿って一定のピッチで配列されている。図２では、各電極群を＋Ｙ方向（第２の方向）に沿って順に電極群１０1、１０2、１０3、１０4、・・・、１０Nと符示しているが、各電極群はそれぞれ同一の構成を有するため、本明細書においては、個別に説明する場合を除き、各電極群を「電極群１０」と総称する。
【００２３】
図２に示すように、電極群１０は、幅ｗおよび高さｈの長方形状を第１の電極１１と、第２の電極１２と、第３の電極１３とに３分割した構造を有する。図３は、一組の電極群１０を示す拡大平面図である。
【００２４】
第１の電極１１は、Ｘ軸方向に平行な底辺１１ａを有し、その長さは（ｗ）は、検出エリアＳＡの幅Ｗとほぼ同等とされている。すなわち、第１の電極１１は、Ｘ軸方向に沿った検出エリアＳＡの幅寸法をカバーする幅寸法を有している。
【００２５】
第１の電極１１は、＋Ｘ方向に平行な幅方向に関して、＋Ｙ方向（高さ方向）に平行な高さ寸法が漸次大きくなる第１の領域１１１と、＋Ｘ方向に関して上記高さ寸法が漸次小さくなる第２の領域１１２とを有する。本実施形態において、第１の電極１１は、その幅方向の中央部に高さ寸法の最大値を形成する２つの斜辺１１ｂ、１１ｃを有する略二等辺三角形で形成されている。
【００２６】
第２の電極１２は、第１の領域１１１とＹ軸方向に対向し、＋Ｘ方向（幅方向）に関して、＋Ｙ方向（高さ方向）に平行な高さ寸法が漸次小さくなるように形成されている。本実施形態において、第２の電極１２は、第１の電極１１の底辺１１ａと平行であり、その底辺１１ａの略半分の幅の底辺１２ａと、第１の電極１１の斜辺１１ｂと対向する斜辺１２ｂと、これらに隣接する隣辺１２ｃとを有する略直角三角形で形成されている。第１の電極１１の斜辺１１ｂと第２の電極１２の斜辺１２ｂとは、Ｘ軸に関してそれぞれ同一の傾斜角を有しており、これら２つの斜辺１１ｂ、１２ｂとの間には、一定の大きさの間隙が設けられている。上記間隙の大きさは特に限定されず、第１の領域１１１と第２の電極１２との間の電気的絶縁を確保できる大きさがあればよい。
【００２７】
第３の電極１３は、第２の領域１１２とＹ軸方向に対向し、＋Ｘ方向（幅方向）に関して、＋Ｙ方向（高さ方向）に平行な高さ寸法が漸次大きくなるように形成されている。本実施形態において、第３の電極１３は、第１の電極１１の底辺１１ａと平行であり、その底辺１１ａの略半分の幅の底辺１３ａと、第１の電極１１の斜辺１１ｃと対向する斜辺１３ｂと、これらに隣接する隣辺１３ｃとを有する略直角三角形で形成されている。第１の電極１１の斜辺１１ｃと第２の電極１２の斜辺１３ｂとは、Ｘ軸に関してそれぞれ同一の傾斜角を有しており、これら２つの斜辺１１ｃ、１３ｂとの間には、一定の大きさの間隙が設けられている。上記間隙の大きさは特に限定されず、第２の領域１１２と第３の電極１３との間の電気的絶縁を確保できる大きさがあればよい。
【００２８】
第２の電極１２と第３の電極１３とは、間隙を介してＸ軸方向に相互に対向しており、第１の電極１１の中央部を通るＹ軸方向に平行な直線に関して対称な形状を有している。
【００２９】
支持体１４は、表示素子１７の画像表示面（操作画面１７ａ）に対向して配置される。支持基材１４は、上述のように構成される電極群１０を支持し、各電極群１０がＹ軸方向に所定ピッチで配列された状態を維持する。支持基材１４は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等のフレキシブルな電気絶縁性のプラスチックフィルムで形成される。なお、これ以外にも、ガラス、セラミックス等のリジッドな材料が用いられてもよい。
【００３０】
電極群１０（第１〜第３の電極１１〜１３）および支持体１４は、それぞれ透光性を有する材料で形成される。例えば、電極群１０は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＳｎＯ、ＺｎＯ等の透明導電酸化物で形成され、支持体１４は、ＰＥＴやＰＥＮ等の透明樹脂フィルムで形成される。これにより、静電容量センサ１を介して操作画面１７ａの表示画像が外部から視認可能とされる。
【００３１】
電極群１０の形成方法は、特に限定されない。例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の薄膜形成手法を用いることで、電極群１０を形成する導電膜が支持体１４上に形成される。この場合、基板上に導電膜を形成した後、導電膜を所定形状にパターニングしてもよいし、レジストマスクが形成された基板の表面に導電膜を形成した後、レジストマスクとともに余分な導電膜を基板から除去（リフトオフ）してもよい。これ以外にも、めっき法、スクリーン印刷等の印刷法を用いて基板上に電極パターンを形成してもよい。
【００３２】
電極群１０はさらに、第１〜第３の電極１１〜１３を駆動部１８に接続するための信号線（配線）を有する。本実施形態では、図３に示すように、第１の電極１１の幅方向の一端部に信号線１１ｓが接続され、第２の電極１２および第３の電極１３の検出エリアＳＡの外側に臨む一辺１２ｃ、１３ｃに信号線１２ｓ、１３ｓがそれぞれ接続されている。
【００３３】
信号線１１ｓ〜１３ｓは、支持体１４上において検出エリアＳＡの外側の領域でそれ引き回され、図示しないコネクタ等の外部接続端子を介して駆動部１８へ接続される。また、信号線１１ｓ〜１３ｓは、各列の電極群１０ごとにそれぞれ独立して形成されており、駆動部１８へ共通に接続されている。
【００３４】
信号線１１ｓ〜１３ｓは、電極群１０の構成材料によって形成されてもよい。この場合、電極群１０の形成と同時に信号線１１ｓ〜１３ｓを形成することができる。一方、信号線１１ｓ〜１３ｓは、非透光性の導電材料、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの金属配線で形成されてもよい。この場合、比抵抗の低い材料で配線層を構成できるため、電極群１０の静電容量変化を高感度で検出することが可能となる。更にこの場合、信号線１１ｓ〜１３ｓが検出エリアＳＡの外側に位置しているため、検出エリアＳＡの外側が操作画面１７ａの有効画素領域外にある場合には、画像の視認性が信号線１１ｓ〜１３ｓによって阻害されることはない。
【００３５】
電極群１０の幅ｗは、検出エリアＳＡの幅Ｗに合わせて設定される。電極群１０の幅ｗは、検出エリアＳＡの幅Ｗと同等であってもよいし、幅Ｗよりも大きくても小さくてもよい。要は、一つの電極群１０によって、検出エリアＳＡの全幅をカバーできる大きさに形成され、検出エリアＳＡの幅方向に関して二つ以上の電極群１０が並列しないように構成されている。
【００３６】
一方、電極群１０の高さｈは、検出エリアＳＡの高さ、検出対象の大きさ、Ｙ軸方向の検出分解能などに応じて適宜設定される。本実施形態では、検出対象にユーザの指が想定されており、上記操作面に接触する指の大きさを考慮して例えば５ｍｍ〜１０ｍｍに設定されている。同様に、Ｙ軸方向に沿った電極群１０の配列数も特に限定されず、検出エリアＳＡの高さ、検出対象の大きさ、Ｙ軸方向の検出分解能などに応じて適宜設定される。
【００３７】
また、図３に示すように、第１の電極１１の高さ寸法と第２および第３の電極１２、１３の高さ寸法との総和は、＋Ｘ方向に関して一定である。これにより、電極群全体の高さ寸法を一定とすることができるため、Ｘ軸方向に関する検出対象の位置に応じた検出感度のバラツキの発生を抑えることができる。
【００３８】
さらに、図１に示すように、静電容量センサ１は、各列の電極群１０の表面を被覆する保護層１５を有する。保護層１５は、透光性を有するＰＥＴやＰＥＮ等の樹脂フィルムのほか、プラスチックプレート、ガラス板などで構成される。そして、保護層１５の最表面が、ユーザによってタッチ操作される操作面を構成する。
【００３９】
［駆動部］
電極群１０を駆動する駆動部１８は、各電極１１〜１３へ供給される信号電圧を発生する信号発生回路と、電極１１〜１３の静電容量およびその変化を算出する演算回路とを含む。信号電圧は、電極１１〜１３を発振できる信号であれば特に限定されず、例えば、所定周波数のパルス信号、高周波信号、交流信号、さらには直流信号などを用いることができる。演算回路は、発振電極の静電容量あるいはその変化量を検出できる回路であれば特に限定されない。本実施形態の演算回路は、容量変化量を整数値（カウント値）に変換し、制御部１９へ出力する。
【００４０】
本実施形態では、いわゆるセルフキャパシタンス方式で各電極１１〜１３の静電容量およびその変化が検出される。セルフキャパシタンス方式は、単電極方式とも呼ばれ、センシングに用いる電極は１つである。センシング用の電極は、接地電位に対して浮遊容量をもっており、人体（手指）などの接地された検出対象物が近づくと、当該電極の浮遊容量は増加する。上記演算回路は、この容量増加を検出することで、手指の近接や位置座標を算出する。
【００４１】
電極１１〜１３の発振順序すなわち走査方式は特に限定されず、幅方向（＋Ｘ方向）に順次発振してもよいし、その逆方向（−Ｘ方向）に順次発振してもよい。また、各列の電極群の間においては、各列同時に発振する方式が採用されてもよいし、各列を順次（例えばＹ方向に）発振する方式が採用されてもよい。
【００４２】
さらに、各列の電極群１０の電極１１〜１３すべてを常に発振する方式に限られず、所定の電極を間引いて発振することも可能である。例えば、検出対象（ユーザの指など）の近接を検出するまでは各列の（または所定の間隔をおいて）第１の電極１１のみを発振させ、検出対象が近接するに従って発振電極数を増加させてもよい。また、操作画面１７ａの表示形態によって、発振電極を選択することも可能である。例えば、指による入力操作が必要な画像が画面の左側に偏在している場合には、各列の第２の電極１２のみ走査してもよいし、上記画像が画面の右側に偏在している場合には、各列の第３の電極１３のみ走査してもよい。これにより、全ての電極を走査する場合と比較して、駆動に要する電極の削減を図ることができる。
【００４３】
［制御部］
制御部１９は、駆動部１８の出力に基づいて、表示素子１７の操作画面１７ａに表示される画像を制御するための制御信号を生成し、表示素子１７へ出力する。制御部１９は、典型的にはコンピュータで構成され、検出エリアＳＡにおける指の操作位置、操作方向等を特定し、これらに応じた所定の画像制御を行う。例えば、操作位置に対応して画面上の画像を変更したり、操作方向に沿って画像を移動させたり等、ユーザの意図に即した画面の制御が実行される。
【００４４】
制御部１９は、さらに、情報入力装置１００の他の機能を制御するための他の制御信号を生成してもよい。例えば、操作画面１７ａ上の操作位置に応じて、通話機能、回線切替機能、辞書機能、文字情報等の入力機能、ゲーム機能等の各種機能の実行が挙げられる。
【００４５】
制御部１９は、駆動部１８と別回路で構成される例に限られず、駆動部１８と一体化された回路で構成されてもよい。例えば、制御部１９および駆動部１８は、単一の半導体チップ（ＩＣチップ）で構成可能である。
【００４６】
［情報入力装置の動作例］
次に、静電容量センサ１の動作例について説明する。ここでは、静電容量センサ１を用いた指の入力操作位置（ＸＹ座標）の検出方法について説明する。なお、上述のように入力操作位置は、制御部１９によって判定される。
【００４７】
（Ｙ軸方向の検出）
静電容量センサ１は、各列の電極群１０が１つの検出グループを構成する。そこで、Ｙ軸方向の操作位置は、電極群１０を構成する第１〜第３の電極１１〜１３の静電容量の総和あるいはその変化に基づいて検出対象の近接あるいは接触が検出される。
【００４８】
本実施形態では、Ｙ軸方向の検出に際して、各列の電極群１０ごとに例えば以下の（１）式を用いて電極１１〜１３すべての静電容量（カウント量）の総和が検出され、そのレベルの大きさからＹ方向に関する指の接触位置が特定される。
Count（ＹN）＝（Ｃ11＋Ｃ12＋Ｃ13）  …（１）
【００４９】
（１）式において、「Ｃ11」は、第１の電極１１の静電容量（あるいはその変化量）のカウント値、「Ｃ12」は、第２の電極１２の静電容量（あるいはその変化量）のカウント値、「Ｃ13」は、第３の電極１３の静電容量（あるいはその変化量）のカウント値をそれぞれ示す。また、「ＹN」はＹ軸方向に配列された電極群１０の列番号（１０1、１０2、１０3、１０4、・・・）を表し、「Count（ＹN）」は、各列における電極群１０の各電極１１〜１３の静電容量（あるいはその変化量）のカウント値の総和を示す。
【００５０】
図４（Ａ）は、各列の電極群１０（１０1、１０2、１０3、１０4、・・・１０N）から出力される上記カウント値のパターンの一例を示す。セルフキャパシタンス方式の静電容量検出では、指が近づくほど静電容量（浮遊容量）の増加量が大きい。したがって、この例では、３列目の電極群１０3から出力される静電容量のカウント値が最も高いため、Ｙ軸方向に関して当該電極群１０3の直上位置に指が近接あるいは接触していると特定することができる。
【００５１】
カウント値に適宜の閾値を設定することで、静電容量センサ１に対する指の近接距離を判定することができる。すなわち、カウント値に第１の閾値（タッチ閾値）を設定し、当該閾値を超える場合に指による操作画面１７ａに対するタッチ操作が判定される。また、第１の閾値よりも小さい第２の閾値がさらに設定されてもよい。これにより、タッチ操作前の指の近接を判定することが可能となり、非接触での指の入力操作を検出することが可能となる。
【００５２】
図４（Ｂ）に示すカウント値のパターン例は、３列目の電極群１０3と７列目の電極群１０7から出力される静電容量のカウント値が最も高い。この例は、２本の指（例えば親指と人差し指）を用いた入力操作例を示している。
【００５３】
（Ｘ軸方向の検出）
次に、操作画面１７ａ上のＸ軸方向に関する操作位置の検出方法を説明する。Ｘ軸方向に関する操作位置の検出では、第１の電極１１の静電容量（Ｃ11）の変化、第２の電極１２の静電容量（Ｃ12）の変化、および、第３の電極１３の静電容量（Ｃ13）の変化が参照される。
【００５４】
例えば、図５に示すように任意の列の電極群１０の直上で指Ｆを＋Ｘ方向に沿って一定速度で移動させたとき、各電極１１〜１３の静電容量は、図６に示すような変化する。ここで、図６（Ａ）は第１の電極１１の静電容量（カウント値）の時間変化、図６（Ｂ）は第２の電極１２の静電容量（カウント値）の時間変化、図６（Ｃ）は第３の電極１３の静電容量（カウント値）の時間変化をそれぞれ示している。
【００５５】
図５に一点鎖線で示す位置から電極群１０の幅方向中央部に向かって指Ｆが移動する場合を考える。第１の電極１１は、＋Ｘ方向に関して高さ寸法が漸次大きくなる第１の領域１１１を有し、第２の電極１２は、＋Ｘ方向に関して高さ寸法が漸次小さくなるように形成されている。したがって、＋Ｘ方向への指Ｆの移動に応じて、指Ｆと第１の電極１１（第１の領域１１１）との重なり領域は次第に大きくなるが、指Ｆと第２の電極１２との重なり領域は次第に小さくなる。静電容量の値は指Ｆとの重なり領域の大きさにほぼ比例するため、図６（Ａ）に示すように第１の電極１１の静電容量は次第に大きくなり、電極群１０の幅方向中央部で最大値に達する。反対に、図６（Ｂ）に示すように第２の電極１２の静電容量は次第に小さくなり、電極群１０の幅方向中央部で最小値をとる。その間、第３の電極１３は、指Ｆと重なり合わないため、その静電容量の変化はゼロである。
【００５６】
同様に、電極群１０の幅方向中央部から図５に実線で示す位置まで指Ｆが移動する場合を考える。第１の電極１１は、＋Ｘ方向に関して高さ寸法が漸次小さくなる第２の領域１１２を有し、第３の電極１３は、＋Ｘ方向に関して高さ寸法が漸次大きくなるように形成されている。したがって、＋Ｘ方向への指Ｆの移動に応じて、指Ｆと第１の電極１１（第２の領域１１２）との重なり領域は次第に小さくなるが、指Ｆと第３の電極１３との重なり領域は次第に大きくなる。その結果、図６（Ａ）に示すように第１の電極１１の静電容量は次第に小さくなり、反対に、図６（Ｂ）に示すように第３の電極１３の静電容量は次第に大きくなる。その間、第２の電極１２は、指Ｆと重なり合わないため、その静電容量の変化はゼロである。
【００５７】
本実施形態によれば、電極群１０はその幅方向に関して高さ寸法（ｈ）が一定であるため、指Ｆの操作位置に関係なく、Ｘ軸方向に関して指Ｆの検出感度を一定にすることができる。また、第１の電極１１が二等辺三角形状で形成されており、第２および第３の電極１２、１３がそれぞれ対称な形状を有しているため、第１の領域１１１側と第２の領域１１２側とにおける検出感度のバラツキをなくすことができる。これにより、Ｘ軸方向における指Ｆの操作位置を高精度に検出することが可能となる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、第１の電極１１と第２の電極１２との境界部、および、第１の電極１１と第３の電極１３との境界部を、それぞれ直線的な斜辺１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１３ｂで形成されている。これにより、幅方向に関する検出対象の位置と各々の電極間における容量比との間に所定の比例関係をもたせて、安定した検出感度を確保することができる。
【００５９】
以上のように、第１の電極１１、第２の電極１２および第３の電極１３の各々の静電容量の大きさを比較することで、Ｘ軸方向に関する指Ｆの検出位置を特定することが可能である。
【００６０】
［１］「Ｃ12」がタッチ閾値を超え、「Ｃ13」がタッチ閾値未満の場合、指Ｆは、第２の電極１２側に位置するものと判定される。この場合、「Ｃ12−Ｃ11」を演算することで、指ＦのＸ座標が特定される。反対に、「Ｃ12」がタッチ閾値未満であり、「Ｃ13」がタッチ閾値を超える場合、指Ｆは、第３の電極１３側に位置するものと判定される。この場合、「Ｃ13−Ｃ11」を演算することで、指ＦのＸ座標が特定される。
【００６１】
［２］「Ｃ12」および「Ｃ13」がいずれもタッチ閾値未満であり、「Ｃ11＋Ｃ12」あるいは「Ｃ11＋Ｃ13」がタッチ閾値を超えている場合、指Ｆは、第１の電極１１の中央部付近に位置するものと判定される。この場合、「Ｃ12−Ｃ13」を演算することによって、指ＦのＸ座標が特定される。
【００６２】
［３］「Ｃ12」および「Ｃ13」がいずれもタッチ閾値を超えている場合、第２の電極１２側および第３の電極１３側の２点で入力操作が行われていると判定される。この場合、図７に示すように、第２の電極１２側に位置する指Ｆ１と、第３の電極１３側に位置する指Ｆ２とのＸ座標は、以下のようにして特定される。
【００６３】
まず、指Ｆ１と指Ｆ２との間の距離Ｘｄを算出する。このＸｄの算出には、以下の（２）式が用いられる。
Ｘｄ＝ΣＣ12＋ΣＣ13−ΣＣ11  …（２）
ここで、ΣＣ11は、各列の電極群１０における第１の電極１１の静電容量の総和を意味する。同様に、ΣＣ12は、各列の電極群１０における第２の電極１２の静電容量の総和、ΣＣ13は、各列の電極群１０における第３の電極１３の静電容量の総和を意味する。この演算により、指Ｆ１、Ｆ２が隣接する複数の電極群１０の間に位置する場合でも、Ｘ軸方向に関しての各々の指Ｆ１、Ｆ２の間の距離を高精度に検出することができる。
次に、「Ｃ12」の値から指Ｆ１の凡そのＸ座標を、「Ｃ13」の値から指Ｆ２の凡そのＸ座標をそれぞれ特定し、これらのＸ座標の値とＸｄの値とを平均化することで、指Ｆ１、Ｆ２のＸ座標が特定される。上記「Ｃ12」および「Ｃ13」の値には、各列の電極群１０のうちタッチ閾値を超えた電極群から選ばれる第２の電極１２の静電容量および第３の電極１３の静電容量をそれぞれ用いることができる。
【００６４】
以上のようにして、入力操作位置のＸＹ座標が特定される。Ｘ座標、Ｙ座標の特定の順序は特に限定されず、Ｙ座標から特定してもよいし、Ｘ座標から特定してもよい。また、上記［３］の検出方式によれば、Ｘ座標およびＹ座標の各々の特定を並行して実行することも可能である。
【００６５】
以上のように、本実施形態に係る静電容量センサ１においては、各列の電極群１０が検出エリアＳＡの幅方向に３分割されているため、上記幅方向に沿った検出対象の位置変化に基づく各電極の容量変化率を大きくすることができる。これにより、例えば図８に示す電極構造に比べて、幅方向に沿った検出対象の位置検出精度を高めることができる。
【００６６】
図８は、幅ｗ１の長方形をその対角線に沿って２分割したしたような構造を有する電極群１９０の構成を示す。このような電極構造では、幅方向に関しての両電極１９１、１９２の境界線の傾きが小さいため、本実施形態のような３分割構造の電極群１０に比べて、幅方向に関する操作位置の変化に基づく容量変化率が低く、幅寸法ｗ１の拡大によってこのような問題は更に顕著となる。よって、本実施形態によれば、図８に示す電極構造と比較して、幅寸法の拡大に伴う位置検出感度の低下を抑制することができるという利点がある。また、本実施形態によれば、上述のように２点の操作位置を同時に検出することが可能であるが、図８に示した電極構造では実現不可能である。
【００６７】
また、本実施形態によれば、電極群１０が検出エリアＳＡの高さ方向に沿って配列されているため、高さ方向に沿った検出対象の位置変化もこれら電極群１０の容量変化率に基づいて高精度に検出することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態においては、各列の電極群１０を構成する電極各々を幅方向に関する検出エリアの外側に臨むように、各電極に接続される信号線１１ｓ〜１３ｓが形成されている。これにより、信号線１１ｓ〜１３ｓを検出エリアＳＡの内部で引き回す必要をなくすことができ、検出エリアＳＡ内での信号線の存在に起因する検出感度あるいは検出精度の低下を防止することができる。
【００６９】
［実験例］
本発明者らは、図９に示す各部の寸法を有する静電容量センサを試作し、各電極の静電容量の検出感度特性を測定した。実験に用いたセンサの電極群サンプルは、Ｘ軸方向に平行な幅寸法が７６ｍｍ、Ｙ軸方向に平行な高さ寸法が６ｍｍであり、この電極群をＹ軸方向に僅かな間隙をあけて３つ配列させた。ここでは便宜的に、各列の電極群を構成する中央の電極パターンをＣ１〜Ｃ３、左側の電極パターンをＬ１〜Ｌ３、右側の電極パターンＲ１〜Ｒ３と符示する。そして、各電極パターンにセルフキャパシタンス方式の駆動ＩＣに接続した。
【００７０】
そして、先端の直径が８ｍｍの擬似指（金属棒）をグランド電位に接続し、擬似指の先端でセンサの複数部位をＸ軸方向およびＹ軸方向に平行に移動させ、擬似指が所定の位置に達したときの各々の電極パターンの静電容量のカウント変化量を計測した。得られたカウント変化量は図１０に示す演算式を用いて重心計算を行った。図１０において、Ｘ１は一列目の電極パターンＣ１、Ｌ１、Ｒ１の重心、Ｘ２は二列目の電極パターンＣ２、Ｌ２、Ｒ３の重心、そして、Ｘ３は三列目の電極パターンＣ３、Ｌ３、Ｒ３の重心のＸ座標をそれぞれ示している。そして、計算により得られた座標値と、実際の擬似指の接触位置（理論値）を比較した。その結果を図１１（Ａ）、（Ｂ）に示す。
【００７１】
図１１（Ａ）はＸ軸方向に関する測定結果を示し、図１１（Ｂ）はＹ軸方向に関する測定結果を示す。各図において右側の注記は擬似帽の位置を示し、図１１（Ａ）に関してはＹ座標の値、図１１（Ｂ）に関してはＸ座標の値である。図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、擬似指の接触位置に対してある精度範囲で接触位置を計算できていることがわかる。実際には、幾つかの計算補正を行うことで、計算値の精度を改善することができる。また、今回の実験では図１０に示した計算式を用いて接触位置の座標を計算したが、これ以外の計算式を用いてもよい。
【００７２】
＜第２の実施形態＞
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る静電容量センサを示す概略平面図である。本実施形態の静電容量センサは、第１の電極２１と、第２の電極２２と、第３の電極２３との３分割構造を有する電極群２０が、Ｙ軸方向に配列された構造を有する。なお、各電極群２０を支持する支持体の図示は省略されている。
【００７３】
本実施形態では、第１の電極２１は、＋Ｘ方向に平行な幅方向に関してＹ軸方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなる第１の領域２１１と、＋Ｘ方向に関して高さ寸法が漸次小さくなる第２の領域２１２とを有する。第２の電極２２は、第１の領域２１１とＹ軸方向に対向し、＋方向に関して高さ寸法が漸次小さくなるように形成される。第３の電極２３は、第２の領域２１２とＹ軸方向に対向し、第２の電極２２とＸ軸方向に対向し、＋Ｘ方向に関して高さ寸法が漸次大きくなるように形成されている。そして、第２の電極２２および第３の電極２３はそれぞれ対称な形状を有しており、第１の電極２１は、幅方向の中央部に高さ寸法の最小値を有している。
【００７４】
このような構成の本実施形態においては、各電極２１〜２３の静電容量に基づく入力位置の演算方式は、第１の実施形態のそれと比較して異なるものの、第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００７５】
＜第３の実施形態＞
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る静電容量センサを示す概略平面図である。本実施形態の静電容量センサは、第１の電極３１と、第２の電極３２と、第３の電極３３との３分割構造を有する電極群３０が、Ｙ軸方向に配列された構造を有する。なお、各電極群３０を支持する支持体の図示は省略されている。
【００７６】
本実施形態では、第１の電極３１は、＋Ｘ方向に平行な幅方向に関してＹ軸方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなる第１の領域３１１と、＋Ｘ方向に関して高さ寸法が漸次小さくなる第２の領域３１２とを有する。第２の電極３２は、第１の領域３１１とＹ軸方向に対向し、＋方向に関して高さ寸法が漸次小さくなるように形成される。第３の電極３３は、第２の領域３１２とＹ軸方向に対向し、第２の電極３２とＸ軸方向に対向し、＋Ｘ方向に関して高さ寸法が漸次大きくなるように形成されている。そして、第２の電極３２および第３の電極３３はそれぞれ対称な形状を有しており、第１の電極３１は、幅方向の中央部に高さ寸法の最大値を有している。
【００７７】
さらに本実施形態では、第２の電極３２は、第１の領域３１１を挟むようにＹ軸方向に関して分割され、第３の電極３３は、第２の領域３１２を挟むようにＹ軸方向に関して分割されている。
【００７８】
このような構成の本実施形態においても、上述の第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。特に本実施形態によれば、電極群３０の高さ寸法が比較的大きく形成してもＸ軸方向およびＹ軸方向に関する検出分解能の低下を抑制することができる。
【００７９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００８０】
例えば以上の実施形態では、静電容量センサが操作画面上に配置される例を説明したが、これに限られず、例えばタッチパッド等のようにセンサ単独で電子機器の筐体に設置されてもよい。この場合、静電容量センサに透光性を必ずしも要しないため、各電極は金属等の非透光性材料で形成されてもよい。
【００８１】
また、以上の実施形態では、電極群を構成する電極各々の境界部を直線的な斜辺で形成したが、これに限られず、例えば段階的に各電極の高さ寸法が変化するようなジグザグ形状であってもよい。また、上記境界部を曲線的に傾斜させてもよく、この場合、例えば幅方向中央部側の検出分解能が外側のそれよりも高いセンサを構成することができる。
【００８２】
また、以上の実施形態では、第１の電極の最大高さ寸法を幅方向中央部あるいは幅方向の両端部に設定する構成例を説明したが、これに限られず、機器の仕様に応じて要求される検出分解能に応じて適宜の変更が可能である。
【００８３】
そして、静電容量センサの各列の電極群を構成する第１〜第３の電極の形状も上述の例に限られず、それぞれが高さ方向に反転された状態で配列してもよい。あるいは、図１４および図１５に示すように、電極部は、高さ方向に反転した形状と反転しない形状とを交互に繰り返して配列されてもよい。図１４に示す電極群４０は、第２の実施形態において説明した電極群（図１２参照）に相当し、図１５に示す電極軍５０は、第１の実施形態において説明した電極群(図２参照)に相当する。
【００８４】
図１６に示す電極群６０において、第１の電極６１は、第２の電極６２および第３の電極６３を挟むようにＹ軸方向に２分割された構造を有する。この例では、第２の電極６２を挟む第１の電極部分が第１の領域に相当し、第３の電極６３を挟む第１の電極部分が第２の領域に相当する。このような構成によっても、上述の第３の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００８５】
そして、図１７に示す電極群７０においては、第１の電極７１は、第２の電極７２と対向する第１の領域７１１と、第３の電極７３と対向する第２の領域７１２とが２分割された構造を有する。このような構成によっても上述の各実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００８６】
さらに、図１８に示す電極群８０において、第１の電極８１はＹ軸方向に２分割された構造を有し、第２の電極８２および第３の電極８３もＹ軸方向に２分割された構造を有する。第１の電極８１と第２の電極８２とは相互に挟むようにＹ軸方向に対向し、第１の電極８１と第３の電極８３も同様に、相互に挟むようにＹ軸方向に対向している。この例においても、第２の電極８２を挟む第１の電極部分が各々第１の領域に相当し、第３の電極８３を挟む第１の電極部分が各々第２の領域に相当する。このような構成によっても、上述の第３の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１…静電容量センサ
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０…電極群
１１、２１、３１、６１、７１，８１…第１の電極
１１ｂ、１１ｃ…斜辺
１２、２２、３２、６２、７２、８２…第２の電極
１３、２３、３３、６３、７３、８３…第３の電極
１４…支持体
１７…表示素子
１７ａ…操作画面
１００…情報入力装置
１１１、２１１、３１１、７１１…第１の領域
１１２、２１２、３１２、７１２…第２の領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１１】
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